本發(fā)明涉及瀝青混合料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種瀝青混合料中礦粉摻量的控制方法。

背景技術(shù)：

礦粉填料是瀝青混合料中必須添加的一種粉體顆粒材料，在混合料的制備過程中礦粉填料與熱熔態(tài)瀝青充分混合，一方面可以提高瀝青膠漿的粘稠度從而避免混合料在攪拌、運輸、攤鋪、碾壓等工序中發(fā)生離析；另一方面，瀝青結(jié)合料中混入礦粉填料形成瀝青膠漿后，其強(qiáng)度也會產(chǎn)生較大幅度的增加，對于提升瀝青混合料的強(qiáng)度指標(biāo)也會有顯著作用。所以礦粉填料是瀝青混合料的重要組成部分，對該種材料進(jìn)行合理化應(yīng)用是瀝青混合料設(shè)計中一項重要設(shè)計環(huán)節(jié)。

實踐證明礦粉填料的摻量會顯著影響瀝青混合料的低溫路用性能，礦粉填料摻量較小時瀝青膠漿及瀝青混合料的低溫強(qiáng)度效應(yīng)并未充分發(fā)揮，但是礦粉填料摻量過大時瀝青膠漿及混合料的低溫強(qiáng)度又會出現(xiàn)衰減，而且礦粉填料摻量的影響效應(yīng)與溫度又存在顯著關(guān)聯(lián)性。所以在礦粉填料的應(yīng)用過程中其最佳摻量應(yīng)該得到合理的確定。

截止到目前，依然沒有明確、可行的技術(shù)策略對礦粉填料最佳摻量進(jìn)行有效確定的方法。在實踐的過程中往往基于經(jīng)驗或者依靠常規(guī)瀝青膠漿或者瀝青混合料的常規(guī)路用性能指標(biāo)對礦粉填料摻量進(jìn)行控制，但是由于研究者的所選用的控制指標(biāo)不盡相同，試驗技術(shù)手段也存在差異，同時并未能明確礦粉填料對瀝青膠漿及混合料低溫性能的影響機(jī)理，尤其是忽視了礦粉填料細(xì)觀粉體特征的影響，所以當(dāng)前階段得出的礦粉填料最佳摻量存在顯著的差異，影響和制約了礦粉填料的有效應(yīng)用。所以研究一種能夠有效確定礦粉填料最佳摻量的方法對于提升瀝青路面的技術(shù)性能具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決礦粉填料有效應(yīng)用的技術(shù)問題，提供一種控制機(jī)理明確、測試手段客觀、測試方法容易掌握的瀝青混合料中礦粉摻量的控制方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：

一種瀝青混合料中礦粉摻量的控制方法，包括：

步驟一：對礦粉樣本進(jìn)行細(xì)觀特征測試，獲取單位質(zhì)量礦粉所含有的細(xì)觀空隙V_g；

步驟二：采用瀝青膠漿低溫粘結(jié)強(qiáng)度和瀝青膠漿低溫彎曲蠕變勁度變化率為雙控標(biāo)準(zhǔn)，確定某溫度條件下基于臨界破壞及疲勞破壞控制指標(biāo)所確定的瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青和自由瀝青的最優(yōu)比例R_JZ；

步驟三：按照式(1)計算礦粉摻量R_FB：

$\frac{m\×R_{FB}\×V_g\×\mathrm{\ρ}}{m-m\×R_{FB}\×V_g\×\mathrm{\ρ}}=R_{JZ}---\left(1\right);$

其中，m為瀝青質(zhì)量，ρ為瀝青的密度。

在上述技術(shù)方案中，所述步驟一具體為：按照下式求解單位質(zhì)量礦粉所含有的細(xì)觀空隙V_g：

$RV=V_{fb}-\frac{W_{fs}}{G_{fs}}$$V_g=\frac{RV}{W_{fs}}$

式中：RV為礦粉樣本沖擊壓實后內(nèi)部殘余的細(xì)觀空隙；V_fb為礦粉樣本沖擊壓實后礦粉實體與內(nèi)部殘余空隙的總體積；W_fs為礦粉樣本的質(zhì)量；G_fs為用于制備礦粉的石灰?guī)r石料的密度。

在上述技術(shù)方案中，所述步驟二具體為：

比較瀝青膠漿低溫粘結(jié)強(qiáng)度最大時的結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的比例，與瀝青膠漿低溫彎曲蠕變勁度變化率最大時的結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的比例，選取其中較小的比例作為某溫度條件下瀝青膠漿中最優(yōu)的結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的比例。

本發(fā)明具有以下的有益效果：

瀝青路面建設(shè)中礦粉填料的應(yīng)用是必要的，但是在低溫區(qū)瀝青混合料設(shè)計過程中，礦粉填料的摻量精準(zhǔn)控制缺乏行之有效的技術(shù)措施，工程實踐中往往通過實驗對比的方式同時依據(jù)工程經(jīng)驗對其進(jìn)行粗放控制。本發(fā)明的瀝青混合料中礦粉摻量的控制方法為瀝青混合料設(shè)計環(huán)節(jié)中礦粉摻量的精準(zhǔn)確定提供了一種行之有效且理論及實踐都很合理的技術(shù)措施，對今后瀝青混合料的合理設(shè)計具有重要意義。

本發(fā)明的瀝青混合料中礦粉摻量的控制方法，理論及實踐過程表達(dá)清晰，充分考慮了礦粉填料細(xì)觀粉體特征及礦粉填料宏觀摻量對瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青比例的耦合影響效應(yīng)，而此項分析在過去的研究中是未被考慮的。同時將溫度環(huán)境作為一項重要的影響因素進(jìn)行分析，并確定采用瀝青膠漿低溫粘結(jié)強(qiáng)度及瀝青膠漿低溫彎曲蠕變勁度變化率作為確定瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青最佳比例的控制。上述技術(shù)措施為精準(zhǔn)確定礦粉填料的摻量提供了充分的技術(shù)保障。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1是礦粉填料細(xì)觀級配測試圖；

圖2是瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青形成機(jī)理示意圖；

圖3是礦粉填料細(xì)觀空隙(單位質(zhì)量所含有的細(xì)觀空隙)測試圖；

圖4是瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青比例對瀝青膠漿低溫粘結(jié)強(qiáng)度的影響規(guī)律圖；

圖5是瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青比例對瀝青膠漿低溫彎曲蠕變勁度變化率的影響規(guī)律圖。

具體實施方式

本發(fā)明的發(fā)明思想為：本發(fā)明以瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青比例為核心控制要素，充分考慮礦粉填料細(xì)觀粉體特征和其宏觀摻量的耦合影響效應(yīng)，對礦粉摻量進(jìn)行精準(zhǔn)確定。

如圖2所示，礦粉填料混入到瀝青中以后，在瀝青膠漿中形成結(jié)構(gòu)瀝青和自由瀝青，瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的比例特征是影響瀝青膠漿低溫性能的主要因素。礦粉填料的宏觀摻量及礦粉填料的細(xì)觀粉體特征對會顯著影響瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的比例，而后者未得到充分的重視。本發(fā)明充分重視礦粉填料宏觀摻量與細(xì)觀粉體特征對瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青比例的耦合影響效應(yīng)，以瀝青膠漿低溫粘結(jié)強(qiáng)度及低溫彎曲蠕變勁度變化率作為雙控指標(biāo)確定與某一低溫條件高度匹配的瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的最優(yōu)比例，在預(yù)先確定礦粉填料殘余細(xì)觀空隙的前提下，基于礦粉填料宏觀摻量與細(xì)觀粉體特征對瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青比例的耦合影響效應(yīng)反算礦粉填料合理摻量。

本發(fā)明實現(xiàn)了瀝青混合料設(shè)計過程中礦粉填料摻量的精準(zhǔn)確定。在確定的過程中充分考慮了礦粉填料宏觀摻量與其細(xì)觀粉體特征對瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青比例的耦合影響效應(yīng)，充分考慮了溫度和瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青最優(yōu)比例的配伍性，充分論證了確定瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青最優(yōu)比例的控制策略。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做以詳細(xì)說明。

一種瀝青混合料中礦粉摻量的控制方法，具體包括以下步驟：

(1)瀝青膠漿低溫性能控制指標(biāo)的確定。針對當(dāng)前瀝青膠漿(瀝青+礦粉)低溫性能控制指標(biāo)較為混亂的現(xiàn)狀，本發(fā)明的開發(fā)團(tuán)隊經(jīng)過大量的試驗比較分析，得出對瀝青膠漿進(jìn)行低溫粘結(jié)強(qiáng)度及瀝青膠漿的流變特征進(jìn)行雙重控制可以制備出適用于低溫地區(qū)的瀝青膠漿進(jìn)而制備瀝青混合料。所以本發(fā)明中采用瀝青膠漿低溫粘結(jié)強(qiáng)度及瀝青膠漿低溫彎曲蠕變勁度變化率作為瀝青膠漿低溫性能的控制指標(biāo)。

(2)充分考慮礦粉宏觀摻量與細(xì)觀粉體特征耦合效應(yīng)，確定將瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青比例特征作為中間控制手段，并在后續(xù)的工作中基于反算過程精準(zhǔn)確定礦粉填料的摻量。

(3)確定與溫度高度匹配的瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青比例。以瀝青膠漿低溫粘結(jié)強(qiáng)度、瀝青膠漿低溫彎曲蠕變勁度變化率為雙控指標(biāo)，同時充分考慮溫度因素，確定某一低溫條件下(如-30℃)瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的最優(yōu)比例。

(4)礦粉填料細(xì)觀殘余空隙率的測試?；赗igden空隙率測試原理測試礦粉填料樣本殘余空隙率，計算單位質(zhì)量礦粉所含有的細(xì)觀空隙。

(5)基于反算精準(zhǔn)確定礦粉填料宏觀摻量。

求解過程中，假設(shè)瀝青質(zhì)量為m，R_FB表征瀝青膠漿的粉膠比(瀝青質(zhì)量/礦粉質(zhì)量)、V_g為前述中單位質(zhì)量礦粉所含有的細(xì)觀空隙、ρ為瀝青的密度、R_JZ為基于臨界破壞及疲勞破壞控制指標(biāo)所確定的瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的最優(yōu)比例，上述各參數(shù)滿足式(1)，將式(1)可進(jìn)一步簡化為式(2)。

$\frac{m\×R_{FB}\×V_g\×\mathrm{\ρ}}{m-m\×R_{FB}\×V_g\×\mathrm{\ρ}}=R_{JZ}---\left(1\right)$

$\frac{R_{FB}\×V_g\×\mathrm{\ρ}}{1-R_{FB}\×V_g\×\mathrm{\ρ}}=R_{JZ}---\left(2\right)$

基于上述測試流程，通過預(yù)先測試礦粉填料樣本的單位質(zhì)量所含有的細(xì)觀空隙V_g、與某一低溫條件高度匹配的瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青最優(yōu)比例R_JZ，基于礦粉填料宏觀摻量R_FB與細(xì)觀空隙V_g對瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青比例的耦合效應(yīng)(式1、2)可以通過反算精準(zhǔn)確定礦粉填料的宏觀摻量(礦粉摻量)R_FB。

結(jié)合附圖及公式對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

瀝青為SBS改性瀝青，低溫環(huán)境為-30℃，四種礦粉樣本，以本發(fā)明的方法為指導(dǎo)，充分考慮四種礦粉樣本的細(xì)觀粉體特征(單位質(zhì)量所含有的細(xì)觀空隙V_g)，以瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青最優(yōu)比例為核心控制手段，逐一確定四種礦粉的合理摻量。

圖1為四種礦粉的細(xì)觀級配，從圖中可以看出四種礦粉的細(xì)觀級配顯著不同，而此種級配效應(yīng)在傳統(tǒng)技術(shù)中是未被關(guān)注的(傳統(tǒng)研究由于測試手段的局限性，對礦粉的細(xì)觀粉體特征未做要求)。由于礦粉填料殘余空隙率V_g是細(xì)觀級配、平均比表面積、長徑比、圓形度等細(xì)觀特征參數(shù)的綜合反映，同時該參數(shù)與瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青的比例直接關(guān)聯(lián)，所以在進(jìn)行后續(xù)演算之前，礦粉填料殘余空隙率V_g必須預(yù)先測定。

圖3為基于Rigden空隙率測試原理測定四種礦粉樣本的殘余空隙率V_g。沖擊重量為350g，沖擊錘頭直徑為25mm，錘頭連續(xù)沖擊次數(shù)為100次。單位質(zhì)量的礦粉填料所含有的細(xì)觀空隙可按照下述關(guān)系求解：

$RV=V_{fb}-\frac{W_{fs}}{G_{fs}}$$V_g=\frac{RV}{W_{fs}}$

式中：RV為礦粉樣本沖擊壓實后內(nèi)部殘余的細(xì)觀空隙；V_fb為礦粉樣本沖擊壓實后礦粉實體與內(nèi)部殘余空隙的總體積；W_fs為礦粉樣本的質(zhì)量；G_fs為經(jīng)過查閱資料獲得的用于制備礦粉的石灰?guī)r石料的密度；V_g為每克礦粉樣本所含有的細(xì)觀空隙。

四種礦粉的測試結(jié)果見表1所示。

表1四種礦粉單位質(zhì)量所含空隙量的測試結(jié)果

為考察礦粉填料宏觀摻量與細(xì)觀粉體特征對瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青比例的耦合影響效應(yīng)，采用1:0.6、1:0.8、1:1、1:1.2、1:1.5五個粉膠比與四種礦粉樣本(V_g分別為0.26、0.11、0.19、0.32)進(jìn)行組合設(shè)計，制備瀝青膠漿樣本，并計算100g瀝青結(jié)合料與不同礦粉在不同粉膠比條件下混合時結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的各自質(zhì)量大小，見表2所示。

表2粉膠比與礦粉類別組合條件下每100g瀝青中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青質(zhì)量

經(jīng)過瀝青混合料室內(nèi)及室外試驗的充分論證，采用瀝青膠漿低溫粘結(jié)強(qiáng)度及瀝青膠漿低溫彎曲蠕變勁度變化率作為瀝青膠漿低溫性能的雙控標(biāo)準(zhǔn)，即通過分析瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的比例特征對典型溫度條件下(本例為-30℃)瀝青膠漿低溫粘結(jié)強(qiáng)度及低溫彎曲蠕變勁度變化率的影響規(guī)律，確定本典型溫度條件下瀝青膠漿中最優(yōu)的結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的比例。具體的說是比較瀝青膠漿低溫粘結(jié)強(qiáng)度最大時的結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的比例，與瀝青膠漿低溫彎曲蠕變勁度變化率最大時的結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的比例，選取較小的比例為本典型溫度條件下瀝青膠漿中最優(yōu)的結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的比例。由圖4所示的結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青比例對瀝青膠漿低溫粘結(jié)強(qiáng)度的影響規(guī)律、圖5所示的結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青比例對瀝青膠漿低溫彎曲蠕變勁度變化率的影響規(guī)律可知：-30℃條件下，瀝青膠漿低溫粘結(jié)強(qiáng)度最大時的結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的比例為0.30，瀝青膠漿低溫彎曲蠕變勁度變化率最大時的結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的比例為0.25，選取其中較小的0.25為最優(yōu)的結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的比例。綜上所述，-30℃條件下在上述兩個控制指標(biāo)的綜合控制下，瀝青膠漿中最優(yōu)的結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的比例為0.25。

基于反算精準(zhǔn)確定礦粉填料宏觀摻量。本例求解過程中瀝青質(zhì)量為100g，R_FB表征瀝青膠漿的粉膠比(瀝青質(zhì)量/礦粉質(zhì)量)、本例中四種礦粉的單位質(zhì)量所含有的細(xì)觀空隙V_g分別為0.26、0.11、0.19、0.32。ρ為瀝青的密度、R_JZ為基于臨界破壞及疲勞破壞控制指標(biāo)所確定的瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青的最優(yōu)比例，本例中為0.25，采用下式可以最終精準(zhǔn)的確定算例中四種礦粉在-30℃條件下的最合理的礦粉填料摻量，即確定瀝青膠漿中合理的粉膠比R_FB。確定的最終結(jié)果見表3所示。

$\frac{R_{FB}\×V_g\×\mathrm{\ρ}}{1-R_{FB}\×V_g\×\mathrm{\ρ}}=R_{JZ}$

表3四種礦粉的最合理粉膠比

本發(fā)明開發(fā)了一種瀝青混合料中礦粉摻量的控制方法，該種方法充分考慮了礦粉填料細(xì)觀特征對瀝青膠漿低溫性能的影響效應(yīng)，以礦粉填料宏觀摻量與細(xì)觀特征耦合效應(yīng)為研究基礎(chǔ)，以瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青與自由瀝青最優(yōu)比例為核心控制手段，開發(fā)了礦粉填料摻量的反算程式，實現(xiàn)了礦粉填料最優(yōu)摻量的精準(zhǔn)確定。本發(fā)明對今后瀝青混合料更加合理的設(shè)計具有重要指導(dǎo)意義。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。